第四章__金属在各种环境中的腐蚀
高中化学选择性必修一第4章第3节 金属的腐蚀与防护 基础知识讲义
第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。
M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。
（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。
例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
高中物理实验说课金属的腐蚀与防护说课稿
《金属的腐蚀与防护》说课稿教学分析内容选择：本次实验课选自人教版高中化学《选择性必修一》第四章第三节《金属的腐蚀与防护》，是继电化学原理知识系统学习后，原电池和电解池知识的发展与应用。
另一方面，学生发现教室清洁使用的钢丝球，半天旧生锈明显，而家用的钢丝球很少生锈，对该现象的原因很好奇。
查阅《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对该部分的“内容要求”、“学习活动建议”和“学业要求”做出了相关要求。
同时新高考试题越来越体现情境化、探究性、实践性的特点，于是本课以钢丝球为载体，展开金属的腐蚀与防护的探究性学习。
学情分析：该阶段学生已经学习了氧化还原知识及电化学原理知识，具备独立分析出析氢腐蚀原理的能力，但对吸氧腐蚀较陌生，需完善学习。
教学目标设计的初衷是提高宏微结合、证据推理、探究与创新、态度与责任四大核心素养，落到知识角度，得到具体教学目标：1.掌握金属发生吸氧腐蚀的原理，构建金属电化学腐蚀的分析模型；2.探究金属在酸性、中性、碱性条件下的腐蚀类型，感受金属腐蚀的普遍性及危害，学习科学探究的方法。
3.掌握金属腐蚀的防护方法，体会化学知识对社会生活的重要作用。
4.重难点：金属吸氧腐蚀的原理及过程；金属在弱酸性条件下的电化学腐蚀类型；金属防腐措施的自主设计。
二、内容创新教材中安排四个实验来突破两个难点，即：吸氧腐蚀的判断和牺牲阳极法；本课对教材进行整合改进后，设计三个实验突破三个重点，即：1.创新演示实验，探究钢丝球在NaCl溶液中的腐蚀情况，理解吸氧腐蚀的全过程；2.创新合作探究实验，探究不同pH下钢铁的腐蚀类型;3.创新课外自主实验，探究金属防腐措施的效果，从三个角度设计金属防腐措施。
三、教学过程情境素材一：学生发现教室清洁使用的一款钢丝球，才半天就生锈了，而家里使用的钢丝球却很少生锈。
由此引导学生从钢丝球本身以及接触的环境两个方面来寻找易生锈和不易生锈的的原因。
易锈钢丝球的产品参数材料显示为“钢丝”，主要含Fe和C，不锈钢丝球的材料为“不锈钢”，主要含Fe、C、Cr、Ni等。
第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种 普遍采用的防护方法。 (1)在钢铁制品的表面喷涂_油__漆_、矿__物__性__油__脂__或覆盖搪瓷、塑料等。 (2)用电__镀__等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。 (3)用化学方法在钢铁部件表面进行发__蓝__处理(生成一层致密的四氧 化三铁薄膜)。 (4)利用阳__极__氧__化__处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝 化等。另外，采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳 定的钝__化__膜__等。
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是 Fe－3e－===Fe3＋
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
AD [题图所示吸氧腐蚀中，铁作负极，铜作正极，溶解了 O2 的 水膜作电解质溶液，正极电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A 错误；负极电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋和正极产生的 OH－结 合生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2 不稳定，容易被空气中的 O2 氧化生成 Fe(OH)3，化学方程式为 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，B 正确； 形成的原电池中铜作正极，负极失电子容易被腐蚀，正极被保护，所以 铜不被腐蚀，C 正确；腐蚀过程中，外电路上电子从负极铁流向正极铜， D 错误。]
腐蚀分类
⑶ 腐蚀液流速：分两种情况：当流速增加时，缝外溶液中含 氧量相应增加，缝隙腐蚀增加；另一种情况，对由于沉积 物引起的缝隙腐蚀，当流速加大时，可能把沉积物冲掉， 相应使腐蚀减轻。
⑷ 温度：温度升高增加阴极反应，当 T 大于 80℃ 时溶解氧 减少，腐蚀减轻。
图 4.1 、动电位测量阳极极化曲线模式图
图 4.2 304 不锈钢在含 3.5%NaCl 水溶 液中形成的点蚀坑形貌
图 4.3 点蚀坑的各种剖面形貌（ ASTM G46—76 ）
a) 窄深形 b) 椭圆形 c) 宽浅形 d) 空洞形 e) 底切形 f) 水平形 g) 垂直 形
三、点蚀机理： Hoar 等人提出，点蚀可分为两个阶段， 即成核和发展阶段。容易钝化的金属，由于钝态的局部破 坏，孔蚀现象尤为显著。当介质含有某些活性阴离子（如 Cl －）时，他们首先吸附在金属表面某些点上，然后对其 氧化膜发生破坏作用。在膜受到破坏的地方，成为电偶的 阳极，而其余未被破坏的部分则成阴极，于是就形成活化 —钝化电池。由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流 密度很大，很快就被腐蚀成为小孔。与此同时，当腐蚀电 流流向小孔周围的阴极，又使这一部分受到保护，继续维 持在钝态，溶液中的 Cl －离子，随着电流的流通，即向小 孔里迁移。这样就使小孔内形成金属氯化物的浓溶液，它 使小孔内继续保持着活化状态，又由于氯化物的水解，小 孔内溶液的酸度增加，使小孔进一步腐蚀，这就是点蚀的 自催化理论。
五、防止点蚀措施：
⑴ 改善介质条件：如降低溶液中 Cl －含量，降低温度。 ⑵ 阴极保护：阴极极化使电位低于 Eb ，最可靠是低于
Ep ，使不锈钢处于稳定钝化区。 ⑶ 对合金表面进行钝化处理，提高材料钝态稳定性。 ⑷ 使用缓蚀剂：封闭系统中使用缓蚀剂最有效，对不锈钢
人教版高中化学选择性必修一 第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
随堂练习
5.下列对如图所示的实验装置的判断错误的是 A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B.若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁
的腐蚀 C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极法 D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为
2H＋＋2e－===H2↑
【答案】1.B 2.B 3.B 4.A 5.D
思考与讨论
若表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。 金属活动性：Zn > Fe > Sn 白铁皮：薄钢板表面镀上一层锌
破损时，锌作负极而被腐蚀
马口铁：薄钢板表面镀上一层锡
破损时，铁作负极而被腐蚀
金属的防护
3.电化学防护法 （1）牺牲阳极法
被保护金属作为 正极（阴极）
活泼金属作为 负极（阳极）
在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
负极：Fe－2e－＝Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－＝H2↑ 总反应： Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑
金属的腐蚀
2.电化学腐蚀 （2）吸氧腐蚀
如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气， 此时就会发生吸氧腐蚀。钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
随堂练习
2.右图装置中, u 型管内为红墨水，a, b 试管内分别盛有食盐水和氯化 铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间，下列有关描述错误的是 A. 生铁块中的碳是原电池的正极 B. 红墨水柱两边的液面变为左低右高 C. 两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－ ===Fe2+ D. a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析 氢腐蚀
随堂练习
3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是 A.正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2
材料腐蚀与防护第四章金属在各种环境中的腐蚀
2.大气腐蚀机理 大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合
电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。
阴极过程：
阳极过程：
在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。
引起材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计由于大气腐蚀而
损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因在大气中使用的钢材 量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械设 备、车辆等都是在大气环境下使用。因此了解和研究大气腐蚀是 非常必要的。 1.大气腐蚀的分类
大气的主要成分不变，只有水分含量随地域、季节、时间 等条件而变化。根据金属表面潮湿度的不同，把大气腐蚀分为三 类：
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图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐 蚀与相对湿度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
3)被硫酸铵和煤烟粒子污 染的空气加速金属腐蚀。
可见：在污染大气中，低于 临界湿度时，金属表面无水膜， 化学作用引起腐蚀，腐蚀速度很 小；高于临界湿度时，由于水膜 的形成，发生了电化学腐蚀，腐 蚀速度急剧增加。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐蚀与相对湿 度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
2)在污染的空气中，空气的 相对湿度低于70％时，即使是长 期暴露，腐蚀速度也是很慢的。 但有SO2存在时，当相对湿度略 高于70％时，腐蚀速度急剧增加。
第四章金属在各种环境下腐蚀
两个串联 的电解池
杂散电流腐蚀: 当杂散电流流过埋在土壤中的管道、电缆等，进入大地处的阳极端出现的腐蚀。 交流电也会引起杂散电流腐蚀，但破坏要弱得多。 频率为60Hz交流电的作用约为直流电的1％
微生物的影响 在缺氧的土壤条件下，有利于某些微生物的生长。细菌生命活动间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响。
淡水腐蚀的影响因素 pH影响
溶氧的影响
水温的影响 温度增加，溶氧降低 温度增加，化学反应加快
流速的影响 氧增多 钝态
海水腐蚀 海水中主要盐类的含量
把海水看作是3.5％的NaCl溶液
海水的特性： 1、含盐量高， 2、海水有很高的电导率，远远超过河水和雨水 3、海水温度在0-35℃变化 4、海水中pH通常为8.1-8.3 5、海水表层氧的浓度（5-10）×10-6
淡水和海水腐蚀
淡水腐蚀 河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。 世界河水溶解物的平均值％
淡水腐蚀机理 阳极反应：Fe → Fe 2 + + 2 e 阴极反应：O 2+ 2H 2O + 4e → 4OH − 溶液中：Fe2+ + 2OH − → Fe(OH) 2 进一步氧化：4Fe(OH) 2 + O2 + 2H 2O → 4Fe(OH)3 形成铁锈：2Fe (OH)3 − H 2O → Fe 2O3 . H2 O Fe( OH)3 − H2 O → FeOOH 氧去极化的电化学腐蚀过程，通常受阴极过程控制
潮大气腐蚀 当大气中的相对湿度足够高，在金属表面存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀。 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大
湿大气腐蚀 相对湿度接近于100％ 金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀。 氧扩散困难，腐蚀速度下降。 水膜厚>1mm，金属全浸在电解质溶液中的腐蚀，腐蚀速度基本不变。
金属腐蚀与防护概论 第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
蚀生成金属离子的电极电位显著降低，此时也将发生析氢腐蚀。
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
3 析氢反应的步骤与机理
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4 氢去极化的阴极极化曲线
氢去极化反应在一般情况下都是电化学步骤所控制
不同的金属电极上，氢的去极化 曲线不同
许多金属电极上的析氢反应 的控制步骤是电化学反应
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4.2 吸氧腐蚀
溶液中的中性氧分子（O2）在阴极上进行还原反应引起的电化学腐蚀 吸氧腐蚀往往比析氢腐蚀普遍和更加容易发生
1 吸氧腐蚀体系
➢ 发生析氢腐蚀的体系基本都能发生吸氧腐蚀。 ➢ 一些具有较高电位的正电性金属（如Cu）在含溶解氧的酸性和中性溶液中都能
发生吸氧腐蚀。
1 吸氧反应的步骤与机理
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
➢ 阴极上氢气泡的产生对电极附近溶液的搅拌作用可以使扩散层厚度减小，因此，H+ 还原反应的极限扩散电流密度比较大。同时，由于H+带电，除扩散外，其电迁移过 程一般不可忽视，H+还原的浓差极化可以忽略，主要以活化极化控制为主。
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
（2） 铁在酸溶液中的腐蚀动力学
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4.1 析氢腐蚀 4.2 吸氧腐蚀
ห้องสมุดไป่ตู้
第四章-金属钝化
尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的看 法不同，但有两点是很重要的
✓ 已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜，多数是 氧化物膜
✓ 氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第一步骤
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两个特征电流密度
ip、 imax
金属在整个阳极过程中，由于电极电位所处范围不 同，电极反应不同，腐蚀速度也不一样
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4.3 金属的钝化过程
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1. 氧化剂的氧化能力对金属的钝化行为的影响
f
Ept
e IV
d
c
III
Epp
a
b II
I
ip
易钝化金属在氧化能力不同的介质中钝化行为示意图
加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使Ep和ip降 低
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(2)影响阴极极化曲线
使真实阴极极化曲线向上、向右移动 使阴极反应在金属表面上更容易进行。比如铬镍
不锈钢在稀硫酸中不能钝化，加入低氢过电位合 金元素Pt，能够钝化 增加溶液的氧化性，增大总的阴极电流密度。如 加入强氧化剂(铬酸盐，硝酸盐，亚硝酸盐等)、 通氧或增大溶解氧浓度
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EF愈正，表明金属丧失钝态的可能性愈大；反之， 则容易保持钝态
EF与溶液的pH值之间存在线形关系 EF =EF0- 0.0591PH
（EF0为标准状态下的Flade电位）
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4.4 金属的自钝化过程
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新人教版化学选修4第四章第四节《金属的电化学腐蚀和防护》
二、金属的电化学防护：
1、牺牲阳极的阴极保护法 原理 ： 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应， 起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护法
用牺牲锌块的方法保护 船身，锌块须定期更换
用牺牲镁块的方法防 地下钢铁管道的腐蚀 镁块必须要定期更换
2、外加电流法 原理 ：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极， 使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下 使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及 水中金属设备的腐蚀。
钢铁腐蚀：
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 件 水膜呈酸性。 吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱。
电 负极：Fe Fe−2e=Fe2+ 2Fe−4e=2Fe2+ 极 ++2e=H ↑ 2H O +2H O+4e=4OH 正极： C 2 2 2 反 应 总反应： Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
千年不锈之谜
1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王 勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在 髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓室四周用白膏泥填塞， 其下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部 填土夯实，墓室几乎成了一个密闭的空间。墓处在现代荆州附近的漳河二 干渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱 性不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好 而得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河， 但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？ 在古代墓葬中，青铜器发生锈蚀的途径一般说来有这样几条：在潮湿的条 件下，有空气或氧气存在时，发生锈蚀，生成铜盐；在潮湿的条件下与贵 重金属(如金、银等)接触，产生电化学腐蚀；与硫或含有硫的物质接触， 生成铜的硫化物等。
金属在各种环境中的腐蚀
O² 大气 土壤
金属
I:土壤孔隙中氧的 对流迁移区； II:土壤孔隙中氧的 扩散迁移区； III：液膜或腐蚀产 物中氧的扩散迁移 区；
氧在土壤中向被腐蚀金属表面的输送过程 根据ToMamoB 引自<Teopu> P369
影响土壤腐蚀性的因素
主要因素有：含水量、含盐量、pH值、电阻率。 ➢ 土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。 ➢ 氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。 ➢ 土壤愈干燥，含盐量愈少，土壤电阻率愈大；土
上 端 距
2.4 3.1
离 3.7
（ 米 ）
4.3 4.9
5.5
6.1
飞溅区
美
国
潮汐区
耐 海
水
钢
Mariner
与
全浸区 碳
钢
的
试
验
海泥区
结
Mainer钢• 碳钢
果 （ 九
年
暴
露
）
6
5
4
3
2
海水腐蚀的特点
✓ 由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很 小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显 著的电偶腐蚀破坏。
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使
用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气腐
蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈钢也会
产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐 蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐
蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
金属腐蚀类型
金属腐蚀类型金属腐蚀是指金属与其周围环境发生化学反应，导致金属表面出现物理或化学变化的过程。
金属腐蚀类型繁多，下面将介绍几种常见的金属腐蚀类型。
1. 酸性腐蚀酸性腐蚀是金属在酸性环境中发生的一种腐蚀形式。
在酸性环境中，金属表面的氧化膜容易被酸侵蚀，从而导致金属腐蚀。
酸性腐蚀常见于酸雨、酸性土壤等环境中，对建筑结构、汽车等金属制品造成严重影响。
2. 碱性腐蚀碱性腐蚀是金属在碱性环境中发生的一种腐蚀形式。
碱性物质能够破坏金属表面的氧化膜，使金属暴露在环境中，进而发生腐蚀。
碱性腐蚀常见于海洋环境、碱性土壤等场合，对船舶、海洋平台等金属结构造成严重损害。
3. 氧化腐蚀氧化腐蚀是金属与氧气发生化学反应而引起的腐蚀形式。
金属表面的氧化膜与氧气反应，形成金属氧化物，腐蚀金属。
氧化腐蚀常见于大气中，对金属建筑、桥梁等结构具有重要影响。
4. 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种腐蚀形式。
电解质溶液中的阳极、阴极以及金属之间的电流作用下，金属发生腐蚀。
电化学腐蚀常见于海水、地下水、酸碱溶液等环境中，对管道、容器、设备等金属制品造成严重危害。
5. 微生物腐蚀微生物腐蚀是由微生物引起的金属腐蚀过程。
微生物能够产生各种酸性、碱性物质，破坏金属表面的保护层，导致金属腐蚀。
微生物腐蚀常见于土壤、水体中，对船舶、管道、地下设施等金属结构造成严重危害。
6. 应力腐蚀应力腐蚀是金属在应力和腐蚀介质共同作用下发生的一种特殊腐蚀形式。
金属在应力作用下，与腐蚀介质相互作用，导致金属发生腐蚀。
应力腐蚀常见于高温高压环境中，对石油化工设备、核电站等重要设施造成严重威胁。
金属腐蚀对于工业生产和社会发展具有重要影响。
为了防止金属腐蚀，人们采取了各种措施，如选用抗腐蚀材料、涂覆保护层、施加电流保护等。
然而，金属腐蚀仍然是一个全球性难题，需要不断研究和创新来解决。
只有加强金属腐蚀防护措施，才能保证金属制品的使用寿命和安全性，推动工业发展和社会进步。
材料腐蚀与防护习题
第二章金属的电化学腐蚀通常规定凡是进行氧化反应的电极称为阳极；进行还原反应的电极就叫做阴极。
由此表明，作为一个腐蚀电池，它必需包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四个不可分割的部分。
而腐蚀原电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成：1、阳极过程：金属溶解，以离子的形式进入溶液，并把当量的电子留在金属上；2、阴极过程：从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受；3、电流的流动：金属部分：电子由阳极流向阴极；溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移。
4、腐蚀电池的类型可以把腐蚀电池分为两大类：宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池当参与电极反应的各组分活度(或分压)都等于1，温度规定为25︒C，这种状态称为标准状态，此时，平衡电位Ee等于E0，故E0称为标准电位。
由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象，称为原电池的极化作用。
当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化。
当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化。
消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用或去极化过程根据控制步骤的不同，可将极化分为两类：电化学极化和浓度极化极化分类：电化学极化：电子转移步骤最慢为控制步骤所导致浓度极化：电子转移步骤快，而反应物从溶液相中向电极表面运动成产物自由电极表面向溶液相内部运动的液相传质成为控制步骤电阻极化：电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型膜而产生的欧姆降。
产生阳极极化的原因：1、阳极的电化学极化2、阳极的浓度极化3、阳极的电阻极化。
析氢腐蚀以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程，称为氢离子去极化腐蚀吸氧腐蚀以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀氢去极化腐蚀的特征1、阴极反应的浓度极化小,一般可以忽略。
2、与溶液PH值关系很大。
3、与金属材料的本质及表面状态有关。
4、与阴极面积有关。
5、与温度有关。
三、提高氢过电位措施1、加入析氢过电位高的合金元素；2、提高金属的纯度，消除或减少杂质；3、加入阴极缓蚀剂，如在酸性溶液中加入As、Sb、Hg、盐。
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铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原
件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化
反应速度及氧扩散层厚度的关系
全浸
薄水膜
大
氧还原反应速度
气腐蚀
氧扩散层厚度
氧去极化
氢去
(根据 Po3eHΦe∧b4)
极化
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(根据ToMawoB)
大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度 ；降水量 ；温度 ；日照量 （2）大气污染物质
0.5
0.4
氢(H2)
0.05
0.04
根据Meetham.
转引自＜ Corrosion＞ 上卷
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P2.4
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3)
硫化氢(H2S)
氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品)
尘粒
典型浓度，微克/米３
工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40
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析
出H320 或
吸 20 收O2 的 10 体
种
氧 1.2
还 原
1.0
反 0.8
应 速 度
0.6 0.4
1
0.2
0
150 氧 扩
150 散
2
120
层 厚
90 度
60
30
1
(ų) (mA/cm2)
50
100
(cm3/dm2) 150 200
0
200
400
水膜60厚0度(ų)
镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条
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部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
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大气腐蚀的特点
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
度腐
蚀
速
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
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➢ I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形 成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学 腐蚀。
➢ II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在， 开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。
第四章 金属在各种环境中的腐蚀
材料科学与工程学院 金属材料系
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4.1、金属在大气中的腐蚀
金属在大气自然环境条件下发生腐蚀的现 象称为大气腐蚀。
金属暴露在大气中要比暴露在其他腐蚀介 质中的机会多，大气腐蚀是金属腐蚀中最普通的一 种。然而，由于决定腐蚀反应动力学因素的复杂性， 至今对它的了解还不是十分清楚。
SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导 电性，氯离子还具有强腐蚀性。 烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质 (如炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝 聚(如硅质颗粒)。
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120 暴露55天
100 80 60 40 20 0
腐 蚀 增 120 量
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
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防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，
须使用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐
大气腐蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈
钢也会产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐 大气腐蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
大 气
大约为SO2含量的10％
杂
工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45
春季测量
质
的数字
的
工业区：4.8
典
农村地区：2.1
型
内地工业区：冬天4.8夏天2.7
浓
沿海农村区：年平均5.4
度
内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18
毫克/升
工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15
➢ III区为可见的液膜层，III区相当于“湿大气腐蚀”。 随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐 蚀速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在 液体中的腐蚀相同。
➢ 一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着 气候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式 可以互相转换。
大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范畴。它 是一种在液膜下的电化学腐蚀，但和浸在电解质溶 液中的腐蚀有所不同。
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大气的主要成分： 大气的次要成分(杂质) 。 在大气中，普遍存在的腐蚀成分是氧、水 蒸气、二氧化碳。氧的含量基本保持不变，而且是 大量的，它真正的参与腐蚀反应。水和二氧化碳的 含量随气候和地理位置的变化而变化。 相对湿度 ：空气中水蒸气含量与同温度下 饱和水蒸气含量的比值的百分数。 空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重要 的影响。
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大气腐蚀的特点
▪ 氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。 即使液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的 主要地位。
▪ 在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝 化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀 受阴极极化控制
▪ 由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜中，因此 腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。
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大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金
属的腐蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的 薄液膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀
当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜， 随水膜厚度增加， V-逐渐减小。
80
40
E烟尘颗粒
+0.01%SO2
D硫铵颗粒
+0.01%SO2
大
C 含0.01%SO2 气
无颗粒
腐
B含硫铵颗盐粒 无SO2
蚀
A 纯净空气
20 40 60 80 10
相对湿度(%)
铁的大气腐蚀速度与 相对湿度的关系
(大气中含0.01%so2) 暴露55天的结果
30 50 60 80
90
相对湿度逐渐增大(到99%)
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大气的近似组成
（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2
成分
克/米３ 重量％
空气
1172
100
氮r)
269
23
水蒸汽 15
1.26
二氧化 8
0.70
碳
0.5
0.04
成分 毫克/米３
重量
氖(Ne)
14
12
氪(Kr)
4
3
氦(He)
0.8
0.7
氙(Xe)
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
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金属表面上的水膜
金属表面上的水膜对大气腐蚀起着关键性作用。 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。 当空气的相对湿度低于100%，金属表面也可能 形成水膜，其原因有三： ◆毛细凝聚 ◆化学凝聚 ◆吸附凝聚
金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。 因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。